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发信人: blizzard (战隼XL), 信区: other
标  题: 象鸟一样垂直起降 详解水上扑翼飞行汽车
发信站: 听涛站 (2002年01月10日11:34:05 星期四), 站内信件

前言：对于众多网友对“人类有望象鸟一样飞翔？扑翼飞行器简介(多图)”一文的评论
，无论是鼓励还是批评，我在此一并接受，并表示感谢。从我第一天开始有此想法时，
周围的朋友们就有与之相似的言论，但我坚信扑翼飞行器总有一天会成功的。
图为作者(右)与珠海航展中国第一位私人参展者--高永宁工程师(左)合影
　　福建泉州的高永宁工程师设计的一架扑翼机于2000年珠海航展上展出，我专程去珠
海拜访了他，他说：百年难题，权当一试。这句话让我非常感动并激励了我，他的朋友
也有与网友相似的言论，有些媒体记者说：如果中国多一些像高永宁这样的人，扑翼机
就能早日飞向蓝天。至于制造一架能飞的样机，目前来说难度非常大，资金、人才、环
境等诸多因素的限制。
　　发明内容：
　　水上扑翼飞行汽车的设计是一门应用科学，具有很强的实践性和极其广泛的理论基
础。其内容涉及空气动力学、水动力学、鸟类学、昆虫学、仿生学、飞机结构与强度、
汽车设计、航空与汽车发动机、航空材料、航空电子技术、自动控制及制造工艺等多种
学科和专业技术领域。扑翼飞行器的设计是要将1.25亿年由恐龙进化为鸟类的过程，由
我们在几年内进化为实用的扑翼飞行器,因而非常具挑战性。
　　本发明的目的在于克服现有传统的固定翼及旋翼飞行器的诸多缺点而提供一种结构
简单，尺寸小，重量轻，飞行效率高，滑翔性能好，使用方便，在陆海空都可作为交通
工具的水上扑翼飞行汽车。目前的科技已为扑翼飞行器的成功研制建立了良好的基础，
基本具备了所需的条件，此外还需大量的研制经费、一批有创造性的各专业技术人员、
良好的环境等诸多因数。
　　1：动力方面：仅靠人体自身肌肉的力量是无法实现持续扑翼飞行的。因为人类机体
结构的特性，心脏和呼吸器官无法承受长时间的剧烈运动；而鸟类在长期的进化过程中
已形成了适应于飞行的机体结构以及骨骼、肌肉等。科学家们还计算出，人体的力量不
足以驱动人造翅膀起飞哪怕是几秒钟。吉洪拉诺夫曾举例证明，人如果同时使75KG体重
和15KG飞行器飞上天空，就必须在10秒内发出1.85马力的功率，但事实表明这种可能性
是很小的。上述功率只有少数经过专业训练、体重90-110KG的人才能达到。加之在飞行
中还要消耗一些体力来操纵飞机，因此可能性更是微乎其微。另外，15KG重的飞行器也
不够牢固，一起飞多半就会折断或损坏，即使是采用超强和超轻材料制造，也需要达到
相当大的重量才能确保坚固。根据作者的保守计算，如能象鸽子那样垂直起飞升起10KG
的重量需1马力的动力。如飞行员加飞机重200-300KG的话动力只需20-30马力。目前技术
这一动力的发动机很容易获得。
　　2：动力的传动：前人大都使用齿轮机构或连杆机构作动力传动，此类传动带来的问
题有：A、结构重量大。B、整体结构及传动布局困难。C、难以实现对机翼各种姿态的精
确控制，这是前人失败的重要原因，若想获得推力，就必需改变机翼扇动的角度。要想
解决这一问题必需使用液压传动技术，此技术具有传输功率大、能实现各种运动的精确
控制。
　　3：传感器及自动控制技术：前人因当时条件所限不具备这些器件和技术，是失败的
主要原因之一。目前传感器及计算机自动控制技术的发展比较成熟，能对各种飞行姿态
进行检测和控制。
　　4：空气动力学及鸟类学：近几十年来空气动力学、鸟类学及飞翼的研究有了很大的
进展，这对于研制新型扑翼机提供了很大的帮助。
　　5：新材料：随着材料科学的发展，出现了许多性能各异的复合材料、轻合金等材料
，设计并生产出比鸟类骨骼轻且强度高的部件并非很难。
　　本发明的结构示意图如图1所示，包括有发动机、空气双叶变距螺旋桨、左、右水动
力螺旋桨、左、右机翼、自动控制及液压系统、安全及救生设备、四轮起落架及悬挂减
振器、机身，其中发动机、控制系统、安全及救生设备均置于机身内，空气双叶变距螺
旋桨固装于机身的尾部，左水动力螺旋桨及右水动力螺旋桨分别装设在机身的两侧，机
翼装设在机身的顶部，四轮起落架及悬挂减振器装设在机身的底部两侧，其中机翼通过
机液组合机构与机身连接。
　　本发明由于采用羽片组合式可折叠机翼或充气式可折叠机翼的结构，且机翼可通过
控制系统根据需要改变机翼扇动的角度，以获得推力、升力及飞行姿态的控制，以按要
求进行鸟类（蝙蝠）飞行时的各种运动，故能在道路上行驶、在天空中飞行、在水面上
航行、必要时能象海鸟那样潜入水中，使用双翼作推进器和控制潜航的航行姿态，是一
种完美的通用交通工具，本发明具有如下特点:
　　1、能像鸟一样在任何地方垂直/短距起降、悬停、倒飞，飞行时噪音非常低，理论
上能像猫头鹰那样无声无息，隐蔽性非常好；
　　2、采用翼面控制技术，机动性非常强，能做各种鸟类及昆虫能做和做不了的特技飞
行，控制系统可控制飞行器自动飞行和无人驾驶，控制程序可通过软件升级；
　　3、在地面及水面时能象鸟一样将翼折叠，双叶变距螺旋桨为顺桨位并处于水平位置
以降低高度，减少体积和占地面积；
　　4、采用无尾翼技术及使用复合材料，结构重量轻、空气阻力小、雷达反射面积小；

　　5、飞行效率高，可利用上升气流翱翔和滑翔，并节省燃料，维护简便，且由于其可
使用普通燃料，故经济实用；
　　6、是一种在陆海空都能使用的交通工具。本发明与固定翼飞机比，在短时间内能产
生巨大的升力，提升一定重量所需要的动力比普通固定翼飞机要小的多；与直升飞机相
比，诱导阻力小、飞行速度高、噪音非常低、油耗低、机动性非常强；与地面交通工具
相比，当遇交通堵塞、洪水、地震、火山爆发等突发事件时可迅速飞离现场或飞至现场
进行救护采访等。本发明还可作为一种高效方便的水上交通工具，其可将翼折叠便于停
靠码头或行驶上陆地，在较拥挤或曲折的水道航行时由双水动力螺旋桨推进，能原地转
向及倒车。在开阔的水道、湖面及海面，可将机翼展开利用地面效应进行低空飞行，海
浪较高或前方有较大障碍物时可方便地升高飞行高度；
　　7、适应性强；起飞着陆场地小时可扑翼垂直起降。有合适的起飞着陆场地时可扑翼
或双叶螺旋桨推进滑跑起降，以降低油耗。巡航飞行时机翼不扑动，只在操纵时微调机
翼靠双叶螺旋桨推进，可延长飞行器寿命及减小乘员的颠簸感；
　　8、安全可靠，如空中万一出现故障，可由射伞枪射出降落伞，将飞行器及乘员安全
地送回地面，加上机内安全气囊系统及三点式水面救生气囊系统的配合使用将更加安全
；
　　9、是最省时间和提高办事效率的交通工具，与乘座民航航班相比不受航班时间限制
、无等候、转乘交通工具的时间。可将乘客从家门口接出，在地面行驶至合适的起飞地
点起飞，经规定的航线和飞行高度后在目的地附近着陆，经地面行驶将乘客送至他们想
去的地方，由此将产生一个新的空中出租车行业；
　　10、各种系列扑翼飞行器将成为一种最有魅力的体育运动项目，一种人人喜欢的方
便而廉价的飞行器；
　　11、飞行时像鸟一样，给乘客及旁观者一种重归大自然的感受，如同童话世界一般
，是一种优秀的休闲交通工具；
　　12、不但有广泛的民用用途，在军事上同样有其它交通工具难以比拟的优点，可用
于侦察、运输、对各种目标的打击、攻击武装直升机和中低空巡航导弹等。本发明是一
种结构合理，设计巧妙，性能优良，方便实用的水上扑翼飞行汽车。
　　具体实施方式：
图1：本发明的结构示意图
图2：图1的俯视图
图3：图1的左视图
　　实施例1：
　　本发明的结构示意图如图1、图2、图3所示，包括有发动机、空气双叶变距螺旋桨、
左、右水动力螺旋桨、左、右机翼、控制系统、安全及救生设备、四轮起落架及悬挂减
振器、机身，其中发动机、控制系统、安全及救生设备均置于机身内，空气双叶变距螺
旋桨固装于机身的尾部，左水动力螺旋桨及右水动力螺旋桨分别装设在机身的两侧，机
翼装设在机身的顶部，四轮起落架及悬挂减振器装设在机身的底部两侧，其中机翼通过
机液组合机构与机身连接。
　　为降低设计、生产和使用成本，发动机首选汽车铝合金活塞式，以便于用户方便地
使用普通汽车用的汽油。另外，也可选用符合排放要求的柴油发动机、涡轮风扇发动机
、涡轮轴发动机及一种介于涡轮风扇发动机和涡轮轴发动机之间的发动机(既能输出足够
的功率驱动液压泵，又能产生可调节大小的推力)。发动机的输出功率为整机起飞重量K
G/l0所需的马力。
　　本发明的推进形式有三种推进式，包括空气扑翼推进、空气双叶变距螺旋桨推进、
双水动力螺旋桨推进。左、右机翼为空气扑翼推进，用于垂直/短距起降、悬停、高机动
性飞行。空气双叶变距螺旋桨装于机身尾部，可减小对机翼的影响和飞行阻力，地面停
放及行驶时双叶变距螺旋桨为顺桨并处于水平位置，以降低高度。双水动力螺旋桨推进
用于较拥挤或曲折的水道航行，低速水面航行时水动力螺旋桨推进效率较高。机身采用
船身式全封闭短舱，其表面积小、摩擦阻力小、可减少空气阻力获得良好的气动性能。
俯视图为水滴状，中弧线机头部分偏向下方，机尾部分偏向上方，以方便安装双叶螺旋
桨。座舱可参考利用直升机和轿车的设计及生产技术。
　　上述左、右机翼为结构相同，并对称连接在机身的羽片组合式可折叠机翼。由复合
材料制成的机翼翼型在静止时为凹凸翼，其特定结构在飞行时由于受到空气动力的作用
尾端向上弯曲，自动成为S翼型，可提高无尾式飞行器的安定性。
　　上述机身为船身式、带水上滑行面的全封闭短舱，呈水滴状，中弧线机头部分偏向
下方，机尾部分偏向上方。
　　本发明的可变翼上单翼在飞行中，驾驶员向下有良好的视界；在起飞着陆时，即使
发生倾斜，机翼也不易触地。上单翼飞机的机翼在全机重心之上，提高了飞行稳定性。
在水面航行、地面行驶及停放时机翼可像鸟类一样折叠，以减小空间。
　　本发明的飞行器形式采用无尾式，主要优点是阻力小、重量轻。普通飞翼的主要缺
点是机动性较差、稳定性也较差，起飞和着陆滑跑距离较长。本发明的扑翼飞行器采用
翼面控制技术，可克服普通飞翼的缺点。
　　上述左、右机翼的自动控制及液压系统包括有飞行操纵杆、计算机、飞行高度传感
器、飞行速度传感器、环境温度传感器、环境大气压力传感器、飞行升降度传感器、飞
行侧滑传感器、俯仰传感器、油门及传感器、横侧传感器、液压油油箱、粗滤油器、精
滤油器、隔离式气体蓄能器、单向变量油泵、液压压力传感器、截止阀及结构相同的左
右机翼俯仰运动电磁阀、机翼俯仰运动机构、机翼俯仰运动传感器、机翼前后运动电磁
阀、机翼前后运动机构、机翼前后运动传感器、机翼第一关节电磁阀、机翼第一关节运
动机构、机翼第一关节传感器、机翼扭转电磁阀、机翼扭转摆动油马达、机翼扭转传感
器、机翼第二关节电磁阀、机翼第二关节机构、机翼第二关节传感器等零部件组成。
　　另外，本发明除了作为飞行用，还可作为水陆两用式，其船身式水上飞机的机身兼
做着水装置，外挂物少，有利于飞行性能的提高。重心和拉力线相对较低，使滑跑稳定
性增加，操纵性较好，适海性好。陆地使用时采用轿车的四轮起落架并选用合适的悬挂
减振器，在空中和水面必要时可将起落架收入机身及装起落架整流罩。
　　为使本发明在水陆上使用的性能更好，其机身头部装有前液压可伸缩式扰流片，机
身尾部装有后液压可伸缩式扰流片，相应左、右机翼的控制系统还包括有与前液压可伸
缩式扰流片连接的前可伸缩式扰流片电磁阀、前可伸缩式扰流片运动机构、前可伸缩式
扰流片传感器以及与后液压可伸缩式扰流片连接的后可伸缩式扰流片电磁阀、后可伸缩
式扰流片运动机构、后可伸缩式扰流片传感器等零部件组成。
　　上述左、右水动力螺旋桨的控制系统包括有左调速阀、左三位四通电磁阀、左双向
定量油马达、左水动力螺旋桨、左转速传感器、右调速阀、右三位四通电磁阀、右双向
定量油马达、右水动力螺旋桨、右转速传感器、方向盘、油门塌板及其它液压附件等零
部件组成。
　　上述安全及救生设备包括有前救生气囊、左后救生气囊、右后救生气囊、主伞、射
伞枪、前救生气囊高压冷气瓶、前救生气囊手动筏门、前救生气囊手动筏门控制手柄、
左后救生气囊高压冷气瓶、左后救生气囊手动筏门、左后救生气囊手动筏门控制手柄、
右后救生气囊高压冷气瓶、右后救生气囊手动筏门、右后救生气囊手动筏门控制手柄，
前救生气囊、左后救生气囊、右后救生气囊分别固装在机身前端和两后侧，且前救生气
囊手动筏门控制手柄与左后救生气囊手动筏门控制手柄及右后救生气囊手动筏门控制手
柄互相联动。
　　本发明使用时，在飞行操纵杆、计算机及各单元传感器、各单元电磁阀等机构的控
制下，结合机翼的各种机构，机翼能绕绕球面副作俯仰运动、前后运动、扭转运动、伸
缩运动。因此可改变机翼扇动的角度而获得推力、进行翼面控制、将翼折叠等。
　　本发明在水面航行及飞行时，双水动力螺旋桨推进系统用于在较拥挤或曲折的水道
航行、原地转向及倒车。
　　在开阔的水道、湖面及海面，可将机翼展开利用地面效应进行低空飞行，此时可根
据情况选择两种飞行方式，空气扑翼推进或空气双叶变距螺旋桨推进。海浪较高或前方
有较大障碍物时可方便地升高飞行高度。
图9：本发明作为陆上汽车使用的立体图
　　本发明在地面行驶时，为减小地面行驶产生的升力，可根据要求调节前可伸缩式扰
流片传感器、后可伸缩式扰流片运动机构的伸缩量以增大轮胎与地面的附着力，提高地
面行驶性能。空气双叶变距螺旋桨在地面停放行驶时，双叶变距螺旋桨为顺桨，并处于
水平位置以降低高度并减小行驶阻力，如图9所示。
　　本发明在地面使用的燃料系，传动装置，行驶装置、转向装置、制动装置、电器设
备等与普通汽车相似，均要符合国标的要求，并且按直升飞机的耐坠毁要求设计。
　　本发明中的安全及救生设备包括有机内安全气囊系统、空中降落伞救生系统及三点
式水面救生气囊系统。其中机内安全气囊系统与汽车使用的安全气囊系统的要求相同，
主要在地面、水面及空中伞降时使用。
　　空中降落伞救生系统中的射伞枪及主伞，当空中万一出现不可排除的故障时，可由
射伞枪将主伞射出，将水上扑翼飞行汽车与乘员一起送回地面。三点式水面救生气囊系
统时安装于水上扑翼飞行汽车前端和两后侧，空中降伞时同时使用三点式水面救生气囊
系统可进一步提高安全性能。
图10：本发明使用安全及救生设备时的立体图
　　当需使用三点式水面救生气囊系统时，可由驾驶员、副驾驶员或乘员拉动相互联动
的前救生气囊手动筏门控制手柄、左后救生气囊手动筏门控制手柄、右后救生气囊手动
筏门控制手柄，使前救生气囊高压冷气瓶的高压冷气经前救生气囊手动筏门向前救生气
囊充气，左后救生气囊高压冷气瓶的高压冷气经左后救生气囊手动筏门向左后救生气囊
充气，右后救生气囊高压冷气瓶的高压冷气经右后救生气囊手动筏门向右后救生气囊充
气，如图10所示。
　　当水面风浪太大时使用水面救生气囊系统可增加漂浮性能。空中伞降时也可使用，
以减小地面或水面对水上扑翼飞行汽车与乘员的冲击，提高安全性能。
　　另外，本发明还可变化为以下三种结构形式:
图11：本发明作为背负式个人扑翼飞行器的立体图
　
　　1、背负式个人扑翼飞行器:此种机型为轻便的单人背负式，背上后能像蝙蝠一样自
由飞翔。与山坡滑翔伞和动力伞相比，除具有它们的优点外还具备有如下特点，A、对起
飞着陆场地要求不高。B、能作各种机动飞行。C、具有更好的抗风特性。D、与动力伞相
比噪音非常小。将很可能取代山披滑翔伞和动力伞，其军事用途非常广泛。其结构如图
11所示，驾驶员的背部背负的机箱内有发动机、自动控制及液压系统、(使用充气式可折
叠机翼时有气动系统)、机箱与羽片组合式可折叠机翼（或充气式可折叠机翼）通过杆件
联接，机箱与驾驶员）由背带系统连接，驾驶员的前胸有救生降落伞，驾驶员的右手握
有操纵杆，驾驶员的左手握有油门手柄及传感器。其控制系统、可折叠机翼的工作原理
与水上扑翼飞行汽车的相关部分相同，如图11所示。
图12：本发明作为扑翼飞行摩托车的立体图
　　2、扑翼飞行摩托车:摩托车因具有结构简单、售价低廉、越野能力和通过能力强等
特点得到广泛的使用，但当遇到山、江、河、湖、海时就无能为力。飞行摩托将摩托车
插上双翅克服这些困难，成为一种真正便利的交通工具。如图12所示，摩托车内部装有
发动机、自动控制及液压系统、其上方通过杆件装有羽片组合式可折叠机翼（或充气式
可折叠机翼），驾驶员背部有救生降落伞，驾驶员与摩托车由安全带联接，驾驶员的右
手握有操纵杆，驾驶员的左手握有油门手柄及传感器。其液压系统、自动控制系统、可
折叠机翼的工作原理与水上扑翼飞行汽车的相关部分相同，如图12所示。
图13：本发明作为扑翼飞行汽车的立体图
　　3、扑翼飞行汽车，该机型将轿车与扑翼机有机地结合起来，适合内陆地区使用。与
水上扑翼飞行汽车相比机身不带水上滑行面和双水动力螺旋桨推进系统，保留其它各系
统和部分，因而重量减轻成本降低。在水面时可打开三点式水面救生气囊系统漂浮，用
扑翼推进或空气螺旋桨推进低速航行，可用扑翼方式短距离起降。而且可利用部分现有
的轿车的设计及生产的成熟技术(轻量化设计)，结合优秀的造型将可吸引众多欲购买轿
车、越野车等的客户，如图13所示。
　　实施例2：
　　本发明的结构实施例1相同，不同之处为上述左、右机翼还可为充气式可折叠机翼，
其与机液组合机构连接的结构与羽片组合式可折叠机翼相同，充气式可折叠机翼包括有
由A组气室及B组气室组成的若干气室，若干气室由上下两层有弹性的蒙布分别与各气室
分隔片围成。扑翼状态时各小气室充入较低压差（与环境大气压力差）的冷气（干燥的
压缩空气），以便于机翼扑动。螺旋桨推进巡航飞行时各小气室充入较高压差的冷气（
干燥的压缩空气），使机翼有良好的气动外形和较大的升阻比，此时并不影响小机动性
时机翼对飞行状态的调整，飞行高度变化时充放气系统将自动调节各小气室的压力，使
压差保持恒定。高机动性扑翼飞行时充放气系统将自动减小相应小气室的压力。飞行结
束后，各小气室的放气活门打开，机翼折叠。同样充气式可折叠机翼翼型在静止时为凹
凸翼，因其特定结构飞行时由于受到空气动力的作用尾端向上弯曲，自动成为S翼型,以
提高无尾式飞行器的安定性。
　　在飞行操纵杆、计算机、各单元传感器、各单元电磁阀、机构的控制下，结合液压
机构及气动系统，充气式可折叠机翼能绕球面副作俯仰运动、前后运动、扭转运动、伸
缩运动。因此可改变充气式可折叠机翼扇动的角度而获得推力、进行翼面控制、将翼折
叠等。　　
　　作者程纪的电子邮件地址：chengji1@263.net，欢迎大家和他进行交流。

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    黄山以松名，松以山名。黄山和迎客松，历来是互为修饰词的。但黄山的地图上赫
然写着：黄山最著名的奇松有迎客松、陪客松、送客松、望客松，接客松,
原来这松树的三陪生意也做得这么火红，明明还缺一个拉客松嘛，我们给它加上吧，哈哈。

※ 来源:·听涛站 tingtao.dhs.org·[FROM: 匿名天使的家]